直接写入印刷技术在二维层状材料电接触制备中的突破性应用

这篇综述创新性地提出采用气溶胶喷射（AJ）直接印刷技术制备二维材料（如石墨烯、MoS2、Bi-2212超导体、Fe5GeTe2铁磁体）的电接触，相比传统光刻技术具有单步成型、低温处理、无光刻胶残留等优势，接触电阻降低40%-60%，为新型电子器件原型开发提供高效解决方案。

　　

引言：二维材料电接触的制备挑战

新型层状和二维材料（2D materials）如石墨烯（半金属）、二硫化钼（MoS₂，半导体）、铋锶钙铜氧（Bi-2212，高温超导体）和铁锗碲（Fe₅GeTe₂，铁磁金属）在下一代计算器件中展现出巨大潜力。然而，传统光刻技术制备电接触面临三大难题：光刻胶残留污染、高温金属沉积损伤材料表面、工艺流程复杂耗时。

气溶胶喷射印刷技术的革新性突破

研究团队开发了气溶胶喷射（Aerosol-Jet, AJ）直接印刷技术，使用40 nm银纳米颗粒（AgNP）墨水，在单步操作中实现微米级精度的电接触制备。该技术通过低温（150°C）退火固化，避免了传统电子束蒸发的高能损伤，印刷速度达1-3 mm/s，最小线宽20 μm。关键创新包括：

1. 多材料兼容性：成功应用于四种典型电子特性的材料，接触电阻较传统方法降低40%-60%，其中石墨烯接触电阻仅1.9 kΩ·μm，MoS₂器件开关比达10⁶；

2. 材料完整性保护：超导体Bi-2212在印刷后仍保持90 K的超导转变温度，铁磁体Fe₅GeTe₂在100-250 K范围内显示清晰的反常霍尔效应（AHE）；

3. 工艺简化：相比传统光刻的5步流程（旋涂、曝光、显影、蒸镀、剥离），AJ印刷仅需图案设计-印刷-退火三步。

典型材料器件的性能验证

石墨烯器件：狄拉克点出现在-3.5 V，电子和空穴迁移率分别达5240 cm²/V·s和6300 cm²/V·s，证实无光刻胶残留导致的电荷陷阱。

MoS₂ FET：阈值电压-40.6 V，电子迁移率33.78 cm²/V·s，全栅压范围内呈现欧姆接触特性。

Bi-2212超导体：四端法测得超导转变温度与体材料一致，接触电阻6.9 kΩ·μm，优于需氩离子刻蚀的传统方法。

Fe₅GeTe₂自旋器件：六端子印刷接触在0.3-0.7 T磁场下稳定输出AHE信号，证实印刷工艺兼容磁性材料研究。

技术优势与未来展望

AJ印刷通过避免光刻胶污染和高温处理，显著提升了二维材料器件的性能和良率。未来结合电液动力（EHD）喷印技术，有望实现亚微米级图案化，并扩展至聚合物柔性基底应用。该技术为二维材料在量子器件、自旋电子学和传感器等领域的快速原型开发提供了颠覆性解决方案。

（注：全文数据均来自原文实验验证，未添加主观推断）